Wie funktioniert der Unterspannungsschutz bei einem 15-kW-Frequenzumrichter?

Als Lieferant von 15-kW-Frequenzumrichtern (VFDs) erhalte ich häufig Anfragen zu den technischen Details unserer Produkte, insbesondere zum Unterspannungsschutz. In diesem Blogbeitrag werde ich näher darauf eingehen, wie der Unterspannungsschutz bei einem 15-kW-Frequenzumrichter funktioniert.

Die Grundlagen eines 15-kW-Frequenzumrichters verstehen

Bevor wir uns mit dem Unterspannungsschutz befassen, ist es wichtig zu verstehen, was ein 15-kW-Frequenzumrichter ist. Ein Frequenzumrichter ist ein elektronisches Gerät, das die Drehzahl eines Wechselstrommotors durch Variation der dem Motor zugeführten Frequenz und Spannung steuert. Ein 15-kW-Frequenzumrichter ist für den Betrieb von Motoren mit einer Nennleistung von bis zu 15 Kilowatt ausgelegt und eignet sich daher für eine Vielzahl industrieller und gewerblicher Anwendungen wie Förderbänder, Pumpen und Lüfter.

Zu den Kernkomponenten eines VFD gehören der Gleichrichter, der DC-Bus und der Wechselrichter. Der Gleichrichter wandelt den eingehenden Wechselstrom in Gleichstrom um, der auf dem DC-Bus gespeichert wird. Der Wechselrichter wandelt dann den Gleichstrom wieder in Wechselstrom mit variabler Frequenz und Spannung um, um die Motorgeschwindigkeit zu steuern.

Die Bedeutung des Unterspannungsschutzes

Unterspannungsbedingungen können aus verschiedenen Gründen auftreten, beispielsweise durch Schwankungen im Stromnetz, lange Kabelwege oder eine Überlastung des elektrischen Systems. Wenn die Eingangsspannung des VFD unter einen bestimmten Wert fällt, kann dies verschiedene negative Auswirkungen auf den VFD und den angeschlossenen Motor haben.

Erstens kann eine niedrige Spannung dazu führen, dass der Frequenzumrichter zu viel Strom zieht, um die gleiche Ausgangsleistung aufrechtzuerhalten. Dieser erhöhte Strom kann zu einer Überhitzung der VFD-Komponenten führen, wodurch möglicherweise die Halbleiterbauelemente beschädigt werden und die Lebensdauer des Antriebs verkürzt wird. Zweitens kann eine unzureichende Spannung dazu führen, dass der Motor unregelmäßig läuft, weniger Drehmoment erzeugt und das Risiko eines Abwürgens erhöht. In manchen Fällen kann ein blockierter Motor sogar noch mehr Strom ziehen, was das Problem noch verschlimmert.

Um diese Probleme zu verhindern, ist ein Unterspannungsschutz von entscheidender Bedeutung. Es stellt den zuverlässigen Betrieb des VFD und des angeschlossenen Motors sicher, verringert das Risiko von Geräteschäden und minimiert Ausfallzeiten.

So funktioniert der Unterspannungsschutz bei einem 15-kW-Frequenzumrichter

Spannungserkennung
Das Unterspannungsschutzsystem in einem 15-kW-Frequenzumrichter beginnt mit der Spannungserfassung. Am Eingang des VFD sind Sensoren angebracht, um die eingehende Wechselspannung kontinuierlich zu überwachen. Diese Sensoren sind in der Regel für die Messung des RMS-Werts (Root Mean Square) der Spannung ausgelegt, der eine genaue Darstellung des effektiven Spannungspegels liefert.

Die Spannungssensoren senden die gemessenen Spannungssignale an die Steuerplatine des VFD. Die Steuerplatine ist mit einem Mikrocontroller ausgestattet, der diese Signale verarbeitet und die gemessene Spannung mit einem voreingestellten Schwellenwert vergleicht. Dieser Schwellenwert ist normalerweise einstellbar, sodass Benutzer den Unterspannungsschutzpegel entsprechend ihren spezifischen Anwendungsanforderungen einstellen können.

Schwellenwertvergleich und Entscheidungsfindung
Sobald der Mikrocontroller die Spannungssignale von den Sensoren empfängt, vergleicht er die gemessene Spannung mit dem voreingestellten Schwellenwert. Wenn die gemessene Spannung über dem Schwellenwert liegt, arbeitet der VFD normal und der Motor läuft mit der eingestellten Geschwindigkeit.

Wenn die gemessene Spannung jedoch unter den Schwellenwert fällt, erkennt der Mikrocontroller eine Unterspannungsbedingung. An diesem Punkt leitet das Steuerungssystem des VFD eine Reihe von Maßnahmen ein, um den Antrieb und den Motor zu schützen.

Reaktion auf Unterspannungsbedingungen
- Alarmaktivierung: Wenn eine Unterspannungsbedingung erkannt wird, aktiviert der VFD zunächst einen Alarm. Dieser Alarm kann in Form einer visuellen Anzeige auf dem Anzeigefeld des VFD oder eines akustischen Signals erfolgen. Der Alarm macht den Bediener oder das Wartungspersonal darauf aufmerksam, dass ein Problem mit der Eingangsspannung vorliegt, und ermöglicht es ihm, entsprechende Maßnahmen zu ergreifen.
- Reduzierung der Motorleistung: Um zu verhindern, dass der Frequenzumrichter zu viel Strom zieht und überhitzt, reduziert das Steuerungssystem möglicherweise die Ausgangsleistung des Motors. Dies geschieht durch eine Verringerung der Frequenz und der Spannung, die dem Motor zugeführt werden. Diese Reduzierung der Ausgangsleistung trägt dazu bei, das Gleichgewicht zwischen der verfügbaren Eingangsspannung und dem Leistungsbedarf des Motors aufrechtzuerhalten.
- Abschalten: Bei starken Unterspannungsbedingungen, bei denen die Spannung über einen längeren Zeitraum deutlich unter den Schwellenwert fällt, kann der VFD vollständig abschalten. Dies ist eine letzte Maßnahme, um den Antrieb und den Motor vor Schäden zu schützen. Wenn der VFD abschaltet, unterbricht er die Stromversorgung des Motors und der Motor kommt zum Stillstand. Der VFD bleibt im Abschaltzustand, bis die Eingangsspannung wieder einen akzeptablen Wert erreicht. Anschließend kann er manuell neu gestartet werden.

Faktoren, die die Leistung des Unterspannungsschutzes beeinflussen

Schwellenwerteinstellung
Die Genauigkeit des Unterspannungsschutzes hängt weitgehend von der richtigen Einstellung der Schwellenspannung ab. Wenn der Schwellenwert zu hoch eingestellt ist, schaltet sich der Frequenzumrichter aufgrund geringfügiger Spannungsschwankungen möglicherweise vorzeitig ab, was zu unnötigen Ausfallzeiten führt. Wenn andererseits der Schwellenwert zu niedrig eingestellt ist, können der Frequenzumrichter und der Motor über einen längeren Zeitraum potenziell schädlichen Unterspannungsbedingungen ausgesetzt sein.
Ansprechzeit
Auch die Reaktionszeit des Unterspannungsschutzsystems ist entscheidend. Eine schnelle Reaktionszeit ermöglicht es dem VFD, Unterspannungsbedingungen schnell zu erkennen und darauf zu reagieren, wodurch das Risiko von Schäden minimiert wird. Wenn die Reaktionszeit jedoch zu kurz ist, reagiert der Frequenzumrichter möglicherweise übermäßig empfindlich auf vorübergehende Spannungseinbrüche, was zu Fehlalarmen und unnötigen Abschaltungen führt.

Abschluss

Der Unterspannungsschutz ist ein wichtiges Merkmal eines 15-kW-Frequenzumrichters und gewährleistet den zuverlässigen und sicheren Betrieb des Antriebs und des angeschlossenen Motors. Durch die kontinuierliche Überwachung der Eingangsspannung, den Vergleich mit einem voreingestellten Schwellenwert und das Ergreifen geeigneter Maßnahmen bei Unterspannungsbedingungen kann der VFD Schäden an seinen Komponenten und kostspielige Ausfallzeiten verhindern.

Wenn Sie auf der Suche nach einem hochwertigen 15-kW-Frequenzumrichter oder einem unserer verwandten Produkte sind, laden wir Sie ein, sich für ein Beschaffungsgespräch mit uns in Verbindung zu setzen. Unser Expertenteam unterstützt Sie gerne dabei, die richtige Lösung für Ihre spezifischen Anwendungsanforderungen zu finden.

Referenzen

„Antriebe mit variabler Frequenz: Prinzipien, Betrieb und Fehlerbehebung“ von Mohan Nedungadi
„Power Electronics Handbook“ von Muhammad H. Rashid